[发明专利]一种光学卫星传感器在轨分时几何定标方法

权利要求书

1.一种光学卫星传感器在轨分时几何定标方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，以光学卫星传感器的中间片CCD/CMOS作为基准片，以其余片CCD/CMOS作为非基准片，利用基准片影像上的控制点依次对基准片进行外定标和内定标处理，采用的在轨几何定标模型如式(1)和式(2)所示：

式中：(X_GPS,Y_GPS,Z_GPS)为GPS天线相位中心在WGS 84坐标系下的空间坐标；(X,Y,Z)为地面点在WGS 84坐标系下的物方空间坐标；为WGS84坐标系至J2000坐标系的旋转矩阵；为J2000坐标系至姿态测量坐标系的旋转矩阵；为传感器在姿态测量坐标系下的安置矩阵；λ为比例因子；(ψ_x,ψ_y)为地面点对应的成像探元在传感器坐标系下的指向角；S为成像探元编号；(a₀,a₁,a₂,a₃)为沿轨方向的内定标参数，(b₀,b₁,b₂,b₃)为垂轨方向的内定标参数；(p,r,y)为外定标参数，分别描述了传感器安装在姿态测量坐标系下的俯仰角、滚动角和偏航角；其中，每一片CCD/CMOS分别拥有一套沿轨和垂轨内定标参数，所有片CCD/CMOS共同拥有一套外定标参数；

步骤2，以步骤1获得的外定标参数作为非基准片的外定标参数，利用非基准片影像上的控制点，分别对每一片非基准片进行内定标处理；其中，每一片非基准片影像和基准片影像是分时成像的，即：非基准片影像和基准片影像为不同时间段采集的覆盖同一定标场或者不同定标场的影像，可以是同一轨道内的不同时间段成像，也可以是不同轨道之间的不同时间段成像；

步骤3，从基准片开始，分别向左右两侧CCD/CMOS延伸，依次以相邻两片CCD/CMOS为一个定标单元，并以该单元中离基准片近的CCD/CMOS作为参考片，另一片作为非参考片，计算参考片和非参考片之间的片间错位量，包括：

步骤3.1，分别计算参考片获取的影像和非参考片获取的影像的有理多项式系数，具体为：

步骤3.1.1，根据参考片和非参考片的定标参数，分别构建严密成像几何模型，除基准片所在定标单元外，当前定标单元中的参考片为前一个定标单元中的非参考片，因此当前定标单元中参考片的内定标参数为前一个定标单元中更新后的非参考片内定标参数；

步骤3.1.2，根据严密成像几何模型，分别生成虚拟控制点；

步骤3.1.3，根据虚拟控制点，分别求解参考影像和非参考影像的有理多项式系数；

步骤3.2，计算参考影像和非参考影像之间的重叠区域，具体为：

步骤3.2.1，根据非参考影像的有理多项式系数，将非参考影像的四个角点分别投影至物方，得到物方投影点；

步骤3.2.2，根据参考影像的有理多项式系数，分别将四个物方投影点进一步投影至参考影像上，得到像方投影点；

步骤3.2.3，计算参考影像四个角点构成的四边形和四个投影点构成的四边形之间的交集，得到参考影像上的重叠区域；

步骤3.3，参考影像和非参考影像之间匹配同名像点：

步骤3.3.1，分别在参考影像重叠区域内的行和列方向上，按照等像素间隔划分规则格网，得到格网点；

步骤3.3.2，在参考影像和非参考影像之间进行相关系数匹配，得到参考影像上的格网点在非参考影像上的初始同名点；

步骤3.3.3，在初始同名点的基础上，进行最小二乘影像匹配，得到参考影像和非参考影像之间的精确同名点；

步骤3.4，计算参考影像和非参考影像之间的片间错位量：

步骤3.4.1，根据参考影像的有理多项式系数，将参考影像上的每一个同名点分别投影至物方，得到物方投影点；

步骤3.4.2，根据非参考影像的有理多项式系数，进一步将物方投影点分别投影至非参考影像上，得到像方投影点；

步骤3.4.3，分别计算非参考影像上每个投影点的像方坐标与其对应匹配点的像方坐标的差值(Δx,Δy)，如式(3)所示：

式中，(x′_i,y′_i)和(x_i,y_i)分别为投影点像方坐标及其对应匹配点像方坐标，i＝1,2,...,n，n为同名像点个数；

步骤3.4.4，计算步骤3.4.3中所有坐标差值的平均值，得到片间错位量；

步骤4，更新非参考片的内定标参数；

步骤4.1，计算非参考片重叠区域内成像探元的大小ds，如式(4)所示：

式中，(b_0,s,b_1,s,b_2,s,b_3,s)为非参考片垂轨方向的内定标参数；I为重叠区域内的成像探元编号，取值i为重叠区域内第一个探元的编号，取值j为重叠区域内最后一个探元的编号；

步骤4.2，根据片间错位量和非参考片重叠区域内成像探元大小ds，更新非参考片的内定标参数，如式(5)所示：

式中，(a′_0,s,b′_0,s)为更新后的内定标参数；(dx,dy)为参考片与非参考片之间的片间错位量，(a_0,s,b_0,s)为更新前的内定标参数。